預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的動(dòng)力有限元模型修正

摘要：以張家港河大橋?yàn)閷?duì)象，建立主橋的初始有限元模型，基于頻率指標(biāo)和振型相關(guān)系數(shù)指標(biāo)，定義了相比傳統(tǒng)更合理的目標(biāo)函數(shù)，利用實(shí)數(shù)編碼加速遺傳算法，基于環(huán)境激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)的前7階模態(tài)參數(shù)，對(duì)其初始有限元模型進(jìn)行修正，并利用后3階模態(tài)參數(shù)，對(duì)修正后有限元模型的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行評(píng)估。由修正結(jié)果和預(yù)測(cè)能力可知，采用上述指標(biāo)定義的目標(biāo)函數(shù)和實(shí)數(shù)編碼加速遺傳算法，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的有限元模型進(jìn)行修正，獲得準(zhǔn)確反映其實(shí)際動(dòng)力行為的有限元模型。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；模型修正；實(shí)數(shù)編碼加速遺傳算法；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；環(huán)境激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)；動(dòng)力特性

中圖分類號(hào)：TU3113文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-4764（2012）06-0032-07

在《不中斷交通的梁式橋梁試驗(yàn)及狀態(tài)評(píng)定方法的研究》這一項(xiàng)目的研究過程中，以橋梁承載力的快速評(píng)定為目標(biāo)，項(xiàng)目組提出了基于運(yùn)行模態(tài)分析的模態(tài)撓度法［1］。該方法應(yīng)用于橋梁承載力評(píng)定時(shí)，首先需對(duì)試驗(yàn)?zāi)B(tài)振型質(zhì)量歸一化。為此項(xiàng)目組提出了基于有限元模型的質(zhì)量歸一化法。因此，為了模態(tài)撓度法有效和可靠應(yīng)用于橋梁承載力評(píng)定，需建立橋梁較精確的有限元模型。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，具有結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、整體性能和抗震性能好，特別是主梁變形撓曲線平緩，橋面伸縮縫少，行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程中得到廣泛采用。針對(duì)該類橋型的健康檢測(cè)、狀態(tài)評(píng)估與維修加固等任務(wù)，若能建立基本準(zhǔn)確反映其實(shí)際動(dòng)力行為的有限元模型，無疑具有重要意義。然而，對(duì)于橋梁有限元模型，其建模過程中會(huì)引入各種假設(shè)和簡(jiǎn)化，同時(shí)存在諸多不確定因素，都會(huì)導(dǎo)致與真實(shí)模型間存在誤差，因此，須對(duì)它進(jìn)行修正。

模型修正對(duì)象常分為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量陣與剛度陣、物理和幾何等設(shè)計(jì)參數(shù)，后者的物理意義明確，更具工程應(yīng)用價(jià)值。頻率、振型、反共振頻率和振型相關(guān)系數(shù)等模態(tài)數(shù)據(jù)常用于模型修正。根據(jù)問題的需要，許多研究者［2-7］采用了不同的模態(tài)數(shù)據(jù)。目前對(duì)于模型修正的方法，主要有基于統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)［8］、靈敏度分析［9］、微粒群算法［10］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［11］和遺傳算法［12］等優(yōu)化算法。遺傳算法，作為一種高度并行、隨機(jī)和自適應(yīng)搜索算法，特別適用于有限元模型修正這類復(fù)雜非線性優(yōu)化問題。

本文以張家港河大橋?yàn)閷?duì)象，構(gòu)造有限元模型的2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：頻率和振型相關(guān)系數(shù)，由此定義目標(biāo)函數(shù)，采用該橋環(huán)境激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果，基于實(shí)數(shù)編碼加速遺傳算法對(duì)有限元模型進(jìn)行修正，并對(duì)修正后有限元模型的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行評(píng)估，由此探討預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的動(dòng)力有限元模型修正問題。林賢坤，等：預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的動(dòng)力有限元模型修正1張家港河大橋簡(jiǎn)介